一些廠商使用LLC 諧振半橋轉(zhuǎn)換器來為這些設(shè)備的發(fā)光二極管(LED)背光提供驅(qū)動。這是因為，利用這種拓撲結(jié)構(gòu)所實現(xiàn)的零電壓軟開關(guān)(ZVS)可帶來更高效的高功率密度設(shè)計，并且要求的散熱部件比硬開關(guān)拓撲更少。
這類拓撲設(shè)計存在的一個問題是LLC dc/dc傳輸函數(shù)會隨負載變化而出現(xiàn)明顯變化。但是，這樣會使在LED驅(qū)動器中建立LLC控制器和補償電流環(huán)路變得更加復雜。為了簡化這一設(shè)計過程，本文將討論一種被稱作脈寬調(diào)制(PWM)LED亮度調(diào)節(jié)的設(shè)計方法，其允許LED負載隨亮度調(diào)節(jié)變化的同時讓dc/dc傳輸函數(shù)保持恒定。
研究傳輸函數(shù)(M(f))的LLC諧振半橋dc/dc
LLC諧振半橋控制器dc/dc(請參見圖 1)是一種脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制拓撲。半橋FET(QA和QB)異相驅(qū)動180,并利用一個電壓控制振蕩器(VCO)調(diào)節(jié)/控制頻率。這反過來又能調(diào)節(jié)諧振電感(Lr)形成的分壓器阻抗、變壓器磁電感(LM)、反射等效阻抗(RE)和諧振電容器(Cr)進行調(diào)節(jié)。僅有LM中形成的電壓通過變壓器匝數(shù)比(a1)反射至次級線圈。
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圖1 LLC 諧振半橋/控制器
我們可以標準化和簡化一次諧波近似法傳輸函數(shù) M(f) 的使用。M(f) 的方程式 4中，標準化的頻率(fn)被定義為開關(guān)頻率除以諧振頻率(fO)。盡管只是一種近似值方法，但在理解M(f)如何隨輸入電壓、負載和開關(guān)頻率變化而變化時，該簡化方程式還是非常有用的。
調(diào)節(jié)dc電流以調(diào)節(jié)LED亮度LLC諧振LED驅(qū)動器中實現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)的一種方法是調(diào)節(jié)通過LED的dc電流。這樣做存在一個問題：DC電流變化后，LLC的輸出阻抗也隨之改變。如果考慮不周，則這種變化會帶來M(f)變化，從而使LED驅(qū)動器設(shè)計變得更加復雜。
負載變化帶來的問題設(shè)計一個半橋轉(zhuǎn)換器并不是一件容易的事情。設(shè)計人員要根據(jù)ZVS要求選擇磁化電感(LM)。他們還要調(diào)節(jié)a1、Cr和Lr,以獲得理想的M(f)和頻率工作范圍。但是，M(f)會隨Q變化而改變，而Q又會隨著輸出負載(RL)變化而變化。詳情請參見圖2.
諧振LLC半橋LED的M(f) 變化會使電壓環(huán)路補償和變壓器選擇變得更加困難、復雜和混亂，因為在設(shè)計過程中需要考慮的各種變化實在太多了。
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圖2 M(f) 隨負載而變化。
不斷變化的LLC增益曲線(M(f))會在反饋環(huán)路中引起電壓控制振蕩器(VCO) 的控制問題。VCO一般由一個反饋誤差放大器控制(EA(參見圖 1))。開關(guān)頻率隨EA輸出升高而降低以提高LLC增益，并在EA輸出下降時增高。理想情況下，在一個LLC半橋設(shè)計中，M(f) 增益需在其最大開關(guān)頻率下以最小值開始，同時M(f)隨頻率降低而上升。
正常工作時的理想M(f)范圍為虛線右側(cè)部分(請參見圖2)。我們把這一區(qū)域稱作電感區(qū)，這時LLC工作在ZVS下。虛線左邊為電容區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)主級開關(guān)節(jié)點上沒有ZVS.在大信號瞬態(tài)期間，EA會驅(qū)動VCO,要求更低的開關(guān)頻率，以提高增益。結(jié)果是，M(f)增益工作在虛線左邊區(qū)域，可能達不到理想增益，無法滿足控制環(huán)路需求。
這時，ZVS丟失，并且反饋環(huán)路會讓LLC控制器一直鎖閉在該區(qū)域內(nèi)?，F(xiàn)在，反饋誤差放大器嘗試要求更低的開關(guān)頻率，以提高功率級無法達到的增益，因為轉(zhuǎn)換器可能工作在圖2中虛線的右邊區(qū)域。ZVS丟失時，F(xiàn)ET QA和QB消耗更多功率，F(xiàn)ET會因過熱而損壞。為了避免設(shè)計中出現(xiàn)這種問題，需要對所有M(f) 曲線進行分析，然后適當?shù)叵拗谱钚￠_關(guān)頻率(f)，以防止轉(zhuǎn)換器(M(f))工作在圖2中虛線的左側(cè)區(qū)域。
PWM 亮度調(diào)節(jié)簡化設(shè)計過程對于要求亮度調(diào)節(jié)的 LLC 諧振半橋 LED 驅(qū)動器而言，簡化設(shè)計過程的一種方法是使用一種被稱為 PWM 亮度調(diào)節(jié)的技術(shù)。圖 3 顯示了一個 LLC 轉(zhuǎn)換器的功能原理圖，它的 LLC 控制器便使用了這種 PWM 亮度調(diào)節(jié)技術(shù)。在我們的例子中，我們使用了 UCC25710.
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圖 3 使用 PWM 亮度調(diào)節(jié)技術(shù)的 LLC 半橋 LED 驅(qū)動器。